CIRCUITO REGULADOR, PARA LA REGULACIÓN DE UN PROCESO, EN PARTICULAR UN PROCESO DE COMBUSTIÓN.

Circuito regulador, para la regulación de un proceso, en particular un proceso de combustión en una instalación (1),

en especial en una central de potencia, una instalación de tratamiento de desperdicios o una fábrica de cemento, que presenta: a) un tramo (3), b) como mínimo, un dispositivo de medición (5) para la evaluación de valores de observación (x) de dicho tramo (3), c) como mínimo, un dispositivo de ajuste (9) controlable mediante valores de acción (z) que actúan sobre el tramo (3), y d) un regulador (11) en el que están conectados el dispositivo de medición (5) y el dispositivo de ajuste (9) y que evalúa los valores de observación (x) del dispositivo de medición (5) y en base a los valores objetivo (y) evalúa el estado del sistema descrito del tramo (3) por los valores de observación (x) y que selecciona valores de acción apropiados (z) para conseguir los valores objetivo (y) y controla el dispositivo de ajuste (9), caracterizado porque e) el regulador (11) presenta un convertidor de entrada (11a) que, a partir de los valores de observación (x), constituye, como mínimo, una distribución de probabilidades (P(x)) de los valores de observación (x), f) el regulador (11) presenta un generador de acción (11f) que genera una serie de valores de acción {zi}posibles y otro convertidor de entrada o el mismo convertidor de entrada (11a) constituye, a partir de ello, una serie de distribuciones {P(zi)} asociadas, g) el regulador (11) presenta una unidad de modelo de proceso (11b) con un modelo de proceso en memoria mediante el cual el regulador (11) efectúa la predicción de la distribución de probabilidades (P(x)) de los valores de observación (x) y de la serie {P(zi)} de las distribuciones asociadas a los valores de acción posibles {zi}, que son facilitados a la unidad de modelo de proceso (11b), efectúa el pronóstico de una serie {P(yi)} de una serie de distribuciones probables de estados futuros del sistema, h) el regulador (11) evalúa la serie {P(yi)}de distribuciones de estados futuros probables del sistema en base a los valores objetivos (y) y/o sus distribuciones (P(y)), en especial en una unidad de evaluación (11c), y selecciona, como mínimo, una distribución de probabilidad (P(z)) de los valores de acción adecuados (z), en especial en una unidad de selección (11d), y i) el regulador (11) presenta un convertidor de salida (11e) que constituye, a partir de la distribución de probabilidad (P(z)) de los valores de acción (z), como mínimo, un valor de acción (z), de manera que los dispositivos de ajuste controlados (9) llevan a cabo, en base a valores de acción (z), acciones concretas asociadas

La presente invención se refiere a un circuito regulador, para la regulación de un proceso, en especial un proceso de combustión, que presenta las características de la parte introductoria de la reivindicación 1.

En un circuito regulador conocido que corresponde a este tipo, se elaboran, en el regulador, de manera esencial, datos de medición referentes a flujo másico, distribuciones de temperatura e imágenes de llama. Para

datos se tienen de forma escalar. Mediante una red neuronal se evalúan, a partir de aquellos, pronósticos para estados futuros. Según la instalación, se puede poner de manifiesto que sería aconsejable la reducción de la cantidad de datos, para disponer de mayor capacidad de cálculo para pronósticos a plazo largo.

Un circuito regulador del tipo antes indicado se da a conocer por el documento EP 1 052 558 A1. El modelo de proceso utilizado funciona con escalares, de manera que se prevé una medida de la exactitud tanto para los estados ya transcurridos como también para los estados objeto de

pronóstico.

La presente invención se propone el objetivo de mejorar un circuito regulador del tipo mencionado en lo anterior. Este objetivo se consigue mediante un circuito regulador que tiene las características de la reivindicación 1. Otras disposiciones ventajosas son el objeto de las reivindicaciones dependientes.

A efectos de que el regulador, basándose, como mínimo, en una distribución de probabilidades de los valores de observación, efectúe el pronóstico de una serie de distribuciones de estados futuros probables del sistema, evalúe éstos en base a valores objetivo y/o sus distribuciones y que elija, como mínimo, una distribución de probabilidades de los valores de acción apropiados, se podrían tener en cuenta aspectos estocásticos del proceso. Se trataría no solamente de valores medios individuales escalares, sino que con las distribuciones de probabilidades se pueden estimar tanto los correspondientes valores de medición y de pronóstico más probables como también la inseguridad del correspondiente pronóstico. La búsqueda de estados en toda la amplitud de todos los valores posibles se cambia por una utilización escogida de un número menor de valores característicos de las distribuciones de probabilidades. La regulación será, por esta causa, mejor en especial, más exacta y más rápida. La utilización de una estadística de Bayes de este tipo no ha encontrado hasta el momento aplicación en la técnica de proceso o en las redes neuronales. La necesidad de memoria para las distribuciones de probabilidades se puede reducir

diferentes instalaciones termodinámicas estacionarias, en especial centrales de potencia a base de carbón, petróleo o gas, instalaciones de combustión de desperdicios, instalaciones de separación o selección de desperdicios y fábricas de cemento.

A continuación se explicará de manera más detallada un ejemplo de realización de la invención en base a los dibujos. En los que:

La figura 1 es un diagrama de bloques de un regulador en funcionamiento,

La figura 2 es un diagrama de bloques de un regulador en preparación (“training”),

La figura 3 es una representación esquemática del ejemplo de realización, y

La figura 4 es una representación esquemática de una distribución de probabilidades.

En el ejemplo de realización se ha mostrado una instalación (1) que debe ser regulada mediante un circuito regulador. La instalación (1) comprende un tramo (de regulación) (3), como mínimo, un dispositivo de medición

(5) y preferentemente varios dispositivos de medición, cuyos datos de medición comprenden el tramo (3), como mínimo, un dispositivo de ajuste (9) y preferentemente varios de dichos dispositivos, los cuales pueden actuar sobre el mencionado tramo y un regulador (11) al cual están

conectados el dispositivo o dispositivos de medición (5) y

el dispositivo o dispositivos de ajuste (9), de manera que constituyen el circuito regulador.

El tramo (3) recibirá la alimentación del material a transformar, que se designará de forma abreviada como material (G), por ejemplo, combustibles tales como carbón, petróleo, gas, materias primas de tipo variado, desperdicios o combustibles secundarios variados (en el caso de fábricas de cemento se añadirá además cal), así como aire primario (por ejemplo, oxígeno) y secundario (por ejemplo, oxígeno), de forma abreviada aire (L), de manera que esta alimentación es controlada por los dispositivos de ajuste (9) sobre los que puede actuar el regulador (11). Como elemento principal o núcleo del tramo (3), se ha previsto un horno (13), en el que tiene lugar el proceso de combustión. Los dispositivos de medición (5) captan tantos valores de medición del tramo (3) como es posible, por ejemplo, imágenes del cuerpo de llama (F) generadas por el proceso de combustión, en caso deseado emisiones de las paredes del horno (13), imágenes térmicas variadas, temperaturas, presiones, flujo másico del material (G), del aire (F), en el caso de fábricas de cemento del cemento que se enfría y de las emisiones de gases, concentraciones de contaminantes en los gases de escape y en el caso de fábricas de cemento como medida de calidad para el cemento, la concentración de cal libre (FCAO).

El regulador (11) presenta, como mínimo, uno y preferentemente varios convertidores de entrada (11a), una unidad de módulo de proceso (11b), una unidad de evaluación

(11c), una unidad de selección (11d), un convertidor de

salida (11e) y un generador de acciones (11f). El regulador

Los valores de medición del dispositivo de medición (5), designados a continuación como valores de observación

(x) describen el estado real del sistema como variables de estado dependientes del tiempo, es decir, se cumple x = x(t). En el convertidor de entrada asociado (11a) se constituye en base a estos valores de observación dependientes del tiempo (x) distribuciones de probabilidades P = P(x). En el caso más simple, para ello la zona relevante de evaluación de un valor de observación (x), por ejemplo, una temperatura en el horno (13), será dividido en elementos individuales, se medirá durante un intervalo de tiempo determinado este valor de observación

(x) y se calculará (P(x)) como frecuencia de las (x(t)) individuales medidas en las etapas individuales (histograma con puntos de apoyo). En el caso más simple de un valor de observación (x) en medio constante, se obtiene, a causa de las fluctuaciones y diferentes fenómenos estadísticos, una distribución normal de Gauss discretizada. El estado real del sistema es descrito a continuación por la totalidad de la distribución de probabilidades P = P(x) y se indica en la unidad de modelo de proceso (11b), en la que se almacena, como mínimo, un modelo de proceso, preferentemente varios modelos de proceso que concurren entre sí, preferentemente implementado como red neuronal.

Un generador de acciones (11f) genera una serie de valores de acción posibles {Zi}. Éstos pueden ser escogidos al azar (Monte Carlo) o en base a una estrategia de evaluación. De la serie {Zi} de valores de acción posibles, forma un convertidor de entrada adicional (11a) (o el mismo) una serie de distribuciones asociadas {P(zi)}. Estas distribuciones serán calculadas de la misma manera que los valores de observación (x) correspondientes. Las cantidades {P(zi)} de las distribuciones asociadas a los valores de acción posibles serán facilitadas de modo correspondiente a la unidad de modelo de proceso (11b).

Mediante el modelo de proceso llamado de Bayes contenido en la unidad de modelo de proceso (11b), que será preparado o “entrenado” inicialmente de la forma que se explicará más adelante y que se mejorará preferentemente de forma continuada, se hallarán, a base de las distribuciones (P(x)) y {P(zi)}, pronósticos de la probabilidad de estados reales futuros del sistema, que se facilitarán en forma de una serie de distribuciones asociadas {P(yi)}...

1. Circuito regulador, para la regulación de un proceso, en particular un proceso de combustión en una instalación (1), en especial en una central de potencia, una instalación de tratamiento de desperdicios o una fábrica de cemento, que presenta:

a) un tramo (3),

b) como mínimo, un dispositivo de medición (5) para la evaluación de valores de observación (x) de dicho tramo (3),

c) como mínimo, un dispositivo de ajuste (9) controlable mediante valores de acción (z) que actúan sobre el tramo (3), y

d) un regulador (11) en el que están conectados el dispositivo de medición (5) y el dispositivo de ajuste (9) y que evalúa los valores de observación (x) del dispositivo de medición (5) y en base a los valores objetivo (y) evalúa el estado del sistema descrito del tramo (3) por los valores de observación (x) y que selecciona valores de acción apropiados (z) para conseguir los valores objetivo

(y) y controla el dispositivo de ajuste (9), caracterizado porque e) el regulador (11) presenta un convertidor de

entrada (11a) que, a partir de los valores de observación (x), constituye, como mínimo, una distribución de probabilidades (P(x)) de los valores de observación (x),

f) el regulador (11) presenta un generador de acción (11f) que genera una serie de valores de acción {zi}

posibles y otro convertidor de entrada o el mismo

convertidor de entrada (11a) constituye, a partir de ello, una serie de distribuciones {P(zi)} asociadas,

g) el regulador (11) presenta una unidad de modelo de proceso (11b) con un modelo de proceso en memoria mediante el cual el regulador (11) efectúa la predicción de la distribución de probabilidades (P(x)) de los valores de observación (x) y de la serie {P(zi)} de las distribuciones asociadas a los valores de acción posibles {zi}, que son facilitados a la unidad de modelo de proceso (11b), efectúa el pronóstico de una serie {P(yi)} de una serie de distribuciones probables de estados futuros del sistema,

h) el regulador (11) evalúa la serie {P(yi)} de distribuciones de estados futuros probables del sistema en base a los valores objetivos (y) y/o sus distribuciones (P(y)), en especial en una unidad de evaluación (11c), y selecciona, como mínimo, una distribución de probabilidad (P(z)) de los valores de acción adecuados (z), en especial en una unidad de selección (11d), y

i) el regulador (11) presenta un convertidor de salida (11e) que constituye, a partir de la distribución de probabilidad (P(z)) de los valores de acción (z), como mínimo, un valor de acción (z), de manera que los dispositivos de ajuste controlados (9) llevan a cabo, en base a valores de acción (z), acciones concretas asociadas.

2. Circuito regulador, según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque el regulador (11) presenta una unidad de regulación convencional (11g) que puentea el convertidor de entrada (11a), las diversas unidades (11b, 11c, 11d) y el convertidor de salida (11e).

3. Circuito regulador, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de evaluación (11c) evalúa, mediante una calidad (qi) la serie {P(yi)} de distribuciones de estados futuros probables del sistema en base a los valores objetivo (y) y/o sus distribuciones (P(y)).

4. Circuito regulador, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo de proceso está implementado en forma de red neuronal en la unidad de modelo de proceso (11b).

5. Circuito regulador, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el modelo de proceso en la unidad de modelo de proceso (11b) está dispuesto para cálculo en dirección de avance y de retroceso.

6. Circuito regulador, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tramo

(3) presenta un horno (13) para la conversión de un material (G) mediante la alimentación de aire (L) mediante un proceso de combustión con formación, como mínimo, de un cuerpo de llama (F).

7. Circuito regulador, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de ajuste (9) actúa sobre el tramo (3), de manera que controla, como mínimo, la alimentación de material (G) y/o aire (L).